JP2005091736A - 画像濃度制御装置、画像形成装置並びに画像濃度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッチ画像により得られる離散的なデータを近似式により補間するにあたり、計算の負荷を軽減しつつ高精度な近似を実現し得るように構成する。
【解決手段】 近似式を決定するにあたり、段階的に異なる濃度に設定された複数のパッチ画像ごとの出力値に基づいて濃度変化率の変動量を求め、この濃度変化率の変動量に応じて曲線近似領域Ａ〜Ｆと直線近似領域ａ〜ｆとに領域分割する。特に曲線近似領域は、パッチ画像の濃度である基準点Ｐ₁〜Ｐ₆を中心として、この基準点を挟んだ両側の区間での濃度変化率の変動量に応じた領域幅をもって設定され、直線近似領域は、曲線近似領域の間を補うように設定される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、電子写真方式により作像されるトナー像の濃度を制御する画像濃度制御装置、及びこの種の画像濃度制御装置を備えた画像形成装置、並びに画像濃度制御方法に関するものである。

電子写真方式による画像形成装置（印字装置、画像通信装置、複写機など）では、温度や湿度等の環境条件の変動や感光体の劣化によりトナー像の濃度が変化するため、適切な濃度が安定して得られるようにレーザ光量などの画像形成条件を制御する画像濃度制御（画像安定化制御）が行われており、このような画像濃度制御では、出力特性の変化に対応して画像形成条件を補正するための補正情報を取得する処理が適当なタイミングで行われる。

補正情報取得処理では、出力の変化状況を把握するため、パッチ画像（テストパターン画像）を作像してその濃度を検出すると共に、このパッチ画像により得られる離散的なデータを近似式により補間することによって、任意の濃度での出力値を求めるようにしており、このとき、直線補間では近似の精度が低いため、高品質な画像出力を実現する上で高精度な近似が可能な曲線近似式を用いることが望まれる。

また、出力画像の濃度や輝度を調整する画像処理（ガンマ補正）の分野で、ベジェ曲線を用いた技術が知られている（特許文献１参照。）。
特開平２００１−１３４７５４号公報（第５図、第８図）

しかるに、画像濃度制御において、パッチ画像により得られる離散的なデータを補間する曲線近似式にベジェ曲線を用いる構成が考えられるが、２次のベジェ曲線では、実際の出力特性曲線（γカーブ）に対して全濃度範囲において高精度に近似させるのに限界があり、全濃度範囲を１つのベジェ曲線で高精度に近似させるには３次以上の高次ベジェ曲線が必要になる。しかしながら、３次以上の高次ベジェ曲線は、計算に多大な時間を要するため、処理速度を著しく低下させる不都合を招くため、望ましくない。

本発明は、このような発明者の知見に基づき案出されたものであり、その主な目的は、パッチ画像により得られる離散的なデータを近似式により補間するにあたり、計算の負荷を軽減しつつ高精度な近似を実現し得るように構成された画像濃度制御装置、画像形成装置、並びに画像濃度制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１及び請求項８に示すとおり、感光体上に作像された複数のパッチ画像ごとのトナー像の濃度を検出する濃度検出手段と、その出力値に基づいて任意の濃度での出力値を求める近似式を決定し、これにより取得した近似式に基づいて濃度補正に要する補正情報を取得する制御手段とを備え、前記制御手段は、段階的に異なる濃度に設定された複数の前記パッチ画像ごとの出力値に基づいて濃度変化率の変動量を求め、この濃度変化率の変動量に応じて全濃度範囲を曲線近似領域と直線近似領域とに領域分割して近似式を決定するものとした。

これによると、部分的に直線近似となるため計算の負荷が軽減され、しかも直線近似で十分な精度を確保することが難しい領域を曲線近似とすることにより高精度な近似を実現することができる。

さらに請求項２及び請求項１１に示すとおり、前記制御手段は、前記パッチ画像の濃度である基準点を中心として、この基準点を挟んだ両側での濃度変化率の変動量に応じた領域幅をもって前記曲線近似領域を設定すると共に、隣り合う前記曲線近似領域の間を補うように前記直線近似領域を設定する構成とすることができる。これによると、領域分割が容易になる。

さらに請求項３及び請求項１２に示すとおり、前記制御手段は、前記基準点を境界にして全濃度範囲を複数の区間に分割してその区間ごとの濃度変化率を求め、前記基準点を挟んだ両側の区間での濃度変化率の変動量が大きくなるのに応じて当該基準点に対応する前記曲線近似領域の領域幅を大きく設定する構成とすることができる。これによると、変動量が大きいところが広く曲線近似領域に設定されるため、近似の精度を高めることができる。

なお、濃度変化率の変動量は、区間ごとの変化率（傾き）の差分とすれば良いが、変化率の比率とすることも可能である。

さらに請求項４及び請求項１３に示すとおり、前記制御手段は、記憶手段に記憶された領域幅決定テーブルを参照して濃度変化率の変動量から領域幅を決定し、前記領域幅決定テーブルには、濃度変化率の変動量を複数段階にレベル分けして対応する領域幅の数値が格納されている構成とすることができる。これによると、領域幅を要領良く決定することができる。

この場合、濃度変化率の変動量と領域幅との対応関係を実験などにより予め取得して領域幅決定テーブルとして記憶手段に記憶しておけば良い。また領域幅決定テーブルには、濃度変化率の変動量に対応する領域幅について複数の組み合わせを用意しておき、濃淡に関する出力状況やユーザの要望に応じて適宜に選択することが可能な構成とすると良い。

さらに請求項５及び請求項１４に示すとおり、前記パッチ画像の濃度は、実験により予め取得した出力特性曲線に基づいて濃度変化率の変動量が最も大きくなる最大変動点に設定されている構成とすることができる。これによると、基準点を中心にした曲線近似領域が最大変動点を含むように設定されるため、高精度な近似が可能になる。

さらに請求項６及び請求項１５に示すとおり、前記パッチ画像の濃度は、実験により予め取得した出力特性曲線に基づいて濃度変化率が小さくなるのに応じて大きな間隔をおいて設定されている構成をとることができる。これによると、近似の精度を低下させることなくパッチ画像の数を少なくして、処理の高速化を図ることができる。

さらに請求項７及び請求項１６に示すとおり、前記曲線近似領域で用いられる近似式は、２次ベジェ曲線である構成をとることができる。これによると、演算処理の負荷が低くて済み、しかも十分な精度が得られる。

この場合、濃度変化率の変動量に基づいて決定された領域幅からベジェ曲線の開始点及び終了点を決定し、ベジェ曲線の形状を決定する中間点は基準点とすれば良い。なお、本発明では、ベジェ曲線の他、スプライン曲線などの他のパラメトリック曲線も可能である。

さらに請求項１７に示すとおり、電源が投入されたとき、並びに所定の観測値が所定の閾値を越えたときに、前記パッチ画像の作像及びその濃度の検出、並びに出力値に基づく近似式の決定及び補正情報の取得の各処理を実行する構成をとることができる。これによると、トナー帯電量などの出力特性に影響を及ぼす環境条件の変化に即応して補正情報を更新することができるため、高品質でかつ高い安定性を有する画像出力が可能になる。

この場合、処理の実行条件となる観測値は、トナー帯電量などの濃度変動要因に関係する印字回数、温度、湿度、印字動作からの経過時間などである。

このように本発明によれば、パッチ画像により得られる離散的なデータを近似式により補間するにあたり、濃度変化率の変動量に応じて全濃度範囲を曲線近似領域と直線近似領域とに領域分割することで、部分的に直線近似となることから計算の負荷が軽減され、しかも直線近似で十分な精度を確保することが難しい領域を曲線近似とすることにより高精度な近似を実現することができるため、補正情報の更新処理を高速に行うと共に高品質な画像出力を達成する上で大きな効果が得られる。

以下に添付の図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明による画像形成装置の一例を示す模式的な断面図である。この画像形成装置は、白黒画像を形成するものであり、感光体ドラム１の周囲に、図示しない帯電器により均一に帯電した感光体ドラム１の作像面に対して露光用の光束を走査して静電潜像を形成するＬＳＵ（レーザ・スキャニング・ユニット）２と、感光体ドラム１の作像面上の静電潜像をトナーで現像する現像ローラ３を備えた現像器４と、感光体ドラム１の作像面上に形成されたトナー像を記録紙上に転写する転写ガイド板５と、感光体ドラム１の作像面を清掃するクリーニングブレード６とが設けられており、給紙部７の記録紙（記録媒体）が感光体ドラム１と転写ガイド板５との間に送り込まれた後、定着器８を経て排紙部９に排出される。

図２は、図１に示した画像形成装置における画像濃度制御部の概略構成を示すブロック図である。この画像濃度制御部（画像濃度制御装置）では、感光体ドラム１上に作像された複数のパッチ画像ごとのトナー像の濃度がフォトセンサ（濃度検出手段）１１で検出され、ＣＰＵ（制御手段）１２にて、フォトセンサ１１の出力値に基づいて任意の濃度での出力値を求める近似式が決定され、これにより取得した近似式に基づいて濃度補正に要する補正情報を取得する処理が行われる。パッチ画像は、ＣＰＵ１２からの出力指示に応じてパッチデータ生成部１３にて画像データが生成され、そのデータがＬＳＵ２に送られて書き込みが行われる。なおＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１４に格納されたプログラムにより所要の制御を行い、その制御に要するデータがＲＡＭ１５に適宜に記憶される。

図３は、本発明による画像形成装置の一例を示す模式的な断面図である。この画像形成装置は、カラー画像を形成するものであり、シアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックの各原色ごとの複数の感光体ドラム２１ａ〜２１ｄが中間転写ベルト２５に沿って配列されており、これらの感光体ドラム２１ａ〜２１ｄの各々に対してＬＳＵ２６にて書き込みが行われた後に現像ローラ２２ａ〜２２ｄにより現像されることで、各感光体ドラム２１ａ〜２１ｄ上に原色ごとのトナー像が作像され、この原色ごとのトナー像が中間転写ベルト２５に順次転写されて合成されることでカラー画像が得られるようになっており、給紙部２７の記録紙が中間転写ベルト２５と２次転写ローラ２８との間に送り込まれてカラーのトナー像が記録紙に転写された後、定着器２９を経て排紙部３０に排出される。

図４は、図３に示した画像形成装置における画像濃度制御部の概略構成を示すブロック図である。ここでは、中間転写ベルト２５上に作像された複数のパッチ画像ごとのトナー像の濃度がフォトセンサ（濃度検出手段）３１で検出され、ＣＰＵ１２にて、前記と同様に近似式を決定して補正情報を取得する処理が行われる。フォトセンサ３１は、各色ごとのトナー像を検出可能なように感光体ドラム２１ａ〜２１ｄの下流側に配置されている。なおフォトセンサ３１は、発光素子と、シアン、マゼンタ及びイエローの各色を検出する受光素子と、ブラックを検出する受光素子とを備えている。

これらの画像形成装置では、ＰＣなどから送られてくる画像データを出力するにあたり、画素単位の濃度（階調）データに基づいてＬＳＵ２・２６の光量が調整され、このとき、適切な濃度（階調）が得られるように、以下に詳述する補正情報取得処理により取得した補正情報に基づいて画素単位の濃度値に対応する光量が補正される。例えば光量に応じて画素単位の光源点灯時間を制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御では、補正情報に基づいて画素単位の濃度（階調）データから画素単位の光源点灯時間に関するデータが導出されてＬＳＵ２・２６に送られる。

図５は、図３に示したカラー画像を形成する画像形成装置におけるパッチ画像の濃度検出状況を示している。図６は、図３に示した画像形成装置におけるパッチ画像の作像状況を示している。ここでは、濃度が段階的に異なる複数のパッチ画像ごとのトナー像５１〜５６が中間転写ベルト２５上に形成され、これらのトナー像５１〜５６は各色ごとに重ね合わされずに別々に作像されて、順次フォトセンサ３１で濃度が検出され、それらの出力値に基づいて各原色ごとの濃度（階調）に関する補正情報が取得される。

なお、図１に示した白黒画像を形成する画像形成装置では、濃度が段階的に異なる複数のパッチ画像が黒色のトナーで作像されて、順次フォトセンサ１１で濃度が検出され、それらの出力値に基づいて黒色の濃度（階調）に関する補正情報が取得される。

図７は、図２・図４に示した画像濃度制御部での近似式決定の状況を示している。ＣＰＵ（制御手段）１２では、段階的に異なる濃度に設定された複数のパッチ画像ごとの出力値に基づいて濃度変化率の変動量を求め、この濃度変化率の変動量に応じて全濃度範囲を曲線近似領域と直線近似領域とに領域分割して近似式が決定され、曲線近似領域では曲線近似式が、直線近似領域では直線近似式がそれぞれ用いられる。ここでは、全濃度範囲が曲線近似領域Ａ〜Ｆと直線近似領域ａ〜ｈとに領域分割されている。

曲線近似領域Ａ〜Ｆは、パッチ画像の濃度に対応する基準点Ｐ₁〜Ｐ₆を中心にして、濃度変化率の変動量に応じた領域幅Ｗをもって設定されており、この曲線近似領域Ａ〜Ｆの間を補うように直線近似領域ｃ〜ｇが設定される。直線近似領域ａは、フォトセンサ１１・３１の最大出力値（Ｙ＝255）であり、固定点Ｐ₀により規定される。直線近似領域ｂは、最低濃度のパッチ画像に対応する基準点Ｐ₁を中心にした曲線近似領域Ａの開始点と固定点Ｐ₀とを結ぶように設定される。直線近似領域ｈは、最高濃度のパッチ画像に対応する基準点Ｐ₆を中心にした曲線近似領域Ｆの終了点と最高濃度点（Ｘ＝255）とを結ぶように設定される。

図８は、図２・図４に示した画像濃度制御部での近似式決定の要領を示している。ここでは、パッチ画像の濃度に対応する基準点Ｐ₁〜Ｐ₆並びに固定点Ｐ₀を境界にして全濃度範囲を複数の区間Ｉ〜VIIに分割してその区間ごとの濃度変化率αを求め、基準点Ｐ₁〜Ｐ₆を挟んだ両側の区間での濃度変化率αを相互に比較して当該基準点Ｐ₁〜Ｐ₆での濃度変化率の変動量を求め、この濃度変化率の変動量が大きくなるのに応じて当該基準点Ｐ₁〜Ｐ₆に対応する曲線近似領域Ａ〜Ｆの領域幅Ｗを大きく設定するようにしている。各区間Ｉ〜VIIごとの濃度変化率α_nは、隣り合う基準点Ｐ₁〜Ｐ₆を結ぶ線分Ｌ₁〜Ｌ₇の傾きとして表され、濃度変化率αの変動量は、基準点Ｐ₁〜Ｐ₆を挟んだ両側の区間での濃度変化率αの差分Δαである。

図９は、図２・図４に示した画像濃度制御部での曲線近似式決定の要領を示している。曲線近似領域では、入出力値の対応関係がベジェ曲線で近似され、特にここではパラメータｔの２次式で表される２次ベジェ曲線が用いられる。この２次ベジェ曲線は、中心の基準点Ｐ_nと、開始点Ｑ_nS（Ｘ_nS，Ｙ_nS）と、終了点Ｑ_nE（Ｘ_nE，Ｙ_nE）とで規定され、次式により領域内の任意の濃度値（Ｘ）と出力値（Ｙ）との対応関係が得られる。
Ｘ（ｔ）＝（１−ｔ）²・Ｘ_nS＋２ｔ（１−ｔ）Ｘ_n＋ｔ²・Ｘ_nE
Ｙ（ｔ）＝（１−ｔ）²・Ｙ_nS＋２ｔ（１−ｔ）Ｙ_n＋ｔ²・Ｙ_nE
ここで、パラメータｔは例えば、０≦ｔ≦１、ｔの変化幅＝０．００５とする。

開始点Ｑ_nS及び終了点Ｑ_nEは、曲線近似領域の領域幅Ｗ_nで規定される。すなわち、開始点Ｑ_nSのＸ座標値Ｘ_nSは、Ｘ_nS＝Ｘ_n−Ｗ_nにより求められ、開始点Ｑ_nSのＹ座標値Ｙ_nSは、線分Ｌ_nの式から求めることができる。ここで、Ｘ_nS≦（Ｘ_n−Ｘ_n-1）／２、すなわち開始点Ｑ_nSが、基準点Ｐ_nと隣の基準点Ｐ_n-1との中心位置より隣の基準点Ｐ_n-1寄りの位置となる場合には、Ｘ_nS＝（Ｘ_n−Ｘ_n-1）／２、すなわち開始点Ｑ_nSは、基準点Ｐ_nと隣の基準点Ｐ_n-1との中心位置とする。

また、終了点Ｑ_nEのＸ座標値Ｘ_nEは、Ｘ_nE＝Ｘ_n＋Ｗ_nにより求められ、終了点Ｑ_nEのＹ座標値Ｙ_nEは、線分Ｌ_n+1の式から求めることができる。ここで、Ｘ_nE≧（Ｘ_n+1−Ｘ_n）／２、すなわち終了点Ｑ_nEが、基準点Ｐ_nと隣の基準点Ｐ_n+1との中心位置より隣の基準点Ｐ_n+1寄りの位置となる場合には、Ｘ_nE＝（Ｘ_n+1−Ｘ_n）／２、すなわち終了点Ｑ_nEは、基準点Ｐ_nと隣の基準点Ｐ_n+1との中心位置とする。

図１０は、図２・図４に示した画像濃度制御部での直線近似式決定の要領を示している。直線近似領域では、開始点及び終了点の２点で規定される直線近似式が用いられる。ここでの開始点は、低濃度側の基準点Ｐ_n-1（Ｘ_n-1，Ｙ_n-1）を中心に設定された曲線近似領域の終了点Ｑ_n-1Eであり、そのＸ座標値は、Ｘ_n-1S＝Ｘ_n-1＋Ｗ_n-1により求められ、Ｙ座標値は、線分Ｌ_nの式から求めることができる。また終了点は、高濃度側の基準点Ｐ_n（Ｘ_n，Ｙ_n）を中心に設定された曲線近似領域の開始点Ｑ_nSであり、そのＸ座標値は、Ｘ_nE＝Ｘ_n−Ｗ_nにより求められ、Ｙ座標値は、線分Ｌ_nの式から求めることができる。

ここで、曲線近似領域のベジェ曲線は、開始点及び終了点において線分Ｌ_nに接するため、ベジェ曲線と近似直線とは滑らかに接続され、開始点及び終了点において濃度変化率（傾き）αが急激（非連続的）に変化することはない。

図１１は、図９に示した曲線近似領域の領域幅を決定する際に用いられる領域幅決定テーブルを示している。曲線近似領域の開始点及び終了点を規定する領域幅Ｗ_nは、基準点Ｐ_nの両側の区間での濃度変化率α_n及びα_n+1の変動量（差分）Δα_n＝｜（α_n+1−α_n）｜で規定され、この変動量Δαから領域幅Ｗを求める際に領域幅決定テーブルが参照される。この領域幅決定テーブルは、変動量Δαと領域幅Ｗとの対応関係を予め実験などにより取得してＲＯＭ（記憶手段）に記憶される。

ここでは、濃度変化率αの変動量Δαが複数段階にレベル分けされ、そのレベルごとに適切な領域幅の数値が格納されており、図８に示した要領で取得した濃度変化率の変動量（差分）Δαから簡単に領域幅Ｗを求めることができる。

特にここでは、変動量Δαごとの領域幅Ｗについて複数の組み合わせ（select0〜select10）が用意されており、濃淡に関する出力状況やユーザの要望に応じて、デフォルトとなる組み合わせ（select0）から適宜に変更することができる。また、濃度変化率α_nの変動量Δαが小さい場合、ここではΔα＜０．１の場合には、曲線近似領域の領域幅Ｗが０となっており、この場合には当該基準点に対応する曲線近似領域は設定されない。これにより、無用な曲線近似を避けて計算の負荷を軽減することができる。

図１２は、図２・図４に示した画像濃度制御部で用いられるパッチ画像の濃度を決定する要領を示している。基準点となるパッチ画像の濃度は、実験により予め取得した出力特性曲線に基づいて濃度変化率の変動量が最も大きくなる最大変動点、すなわち曲線の傾きが最も大きく変化する位置に設定される。例えば実験により３つの出力特性曲線が得られた場合、各々で傾きが最大の変化を示す位置がそれぞれ基準点Ｐ₁・Ｐ₂・Ｐ₃に設定される。

図１３は、図２・図４に示した画像濃度制御部で用いられるパッチ画像の濃度の一例を示している。基準点となるパッチ画像の濃度は、実験により予め取得した出力特性曲線に基づいて濃度変化率が小さくなるのに応じて大きな間隔をおいて設定される。ここでは、γカーブを描く出力特性曲線に基づいて、各パッチ画像♯１〜♯６の濃度（２５６階調）は、♯１・♯２の間で３０、♯２・♯３の間で４０、♯３・♯４の間で４０、♯４・♯５の間で５５となっている。

図１４は、図２・図４に示した画像濃度制御部において行われる領域分割の一例を示している。ここでは、図１３に示したパッチ画像♯１〜♯６の濃度で示される基準点（X=20,50,90,130,185,220）を中間点として、図９に示した手順で曲線近似領域Ａ〜Ｆの開始点及び終了点が設定され、さらに図１０に示した手順でこれらの曲線近似領域Ａ〜Ｆの間を補うように直線近似領域ａ〜ｈの開始点及び終了点が設定される。

図１５は、図２・図４に示した画像濃度制御部において曲線近似式により求められる入出力値の対応関係を示している。ここでは、図９に示した手順で決定した２次ベジェ曲線の近似式において、パラメータｔを０≦ｔ≦１の範囲で０．００５刻みで変化させることにより、各曲線近似領域Ａ〜Ｆ内の入出力値の対応関係が求められる。

ＣＰＵ１２では、この任意の濃度における入出力値の対応関係に基づいて、印字データの画素単位の濃度値から光源点灯時間を求める補正テーブル（補正情報）が作成され、ＲＡＭ１５に記憶され、印字データを出力する際に補正テーブルを参照して画素ごとに濃度補正処理が行われる。

図１６は、図２・図４に示した画像濃度制御部での補正情報取得処理の手順を示すフロー図である。この補正情報取得処理は、図２に示した白黒画像を形成する画像形成装置の場合には黒色について実施され、図４に示したカラー画像を形成する画像形成装置の場合には各原色ごとに実施される。

ここではまずステップ１０１にてパッチ画像の読み取りが行われ、各パッチ画像ごとの出力値を取得する。ついでステップ１０２にて基準点で分割された各区間ごとの変化率αが算出され、つづくステップ１０３にて隣合う２区間ごとの変化率αの差分Δαが算出され、この差分Δαに基づいて図１１に示した領域幅決定テーブルを参照して、基準点ごとに設定される曲線近似領域の領域幅が求められる。そしてステップ１０４にて曲線近似領域の領域幅に基づいて曲線近似及び直線近似の各領域ごとの開始点及び終了点が決定され、全濃度範囲が曲線近似領域及び直線近似領域のいずかの領域に区分される。

次にステップ１０５にて全濃度値（Ｘ＝０〜２５５）について近似式に基づいて出力値Ｙを算出する処理が濃度値Ｘ＝０から順に開始される。ここではまずステップ１０６にて出力値算出処理が全濃度値について終了する、すなわちＸ≦２５６であるか否かの判定が行われ、出力値算出処理が未終了であればステップ１０７に進んで直線近似領域か否かの判定が行われ、直線近似領域であればステップ１０８に進んで該当する直線近似式に基づいて出力値Ｙを算出する処理が行われ、他方、直線近似領域でない、すなわち曲線近似領域あればステップ１０９に進んで該当する曲線近似式に基づいて出力値Ｙを算出する処理が行われる。そして全濃度値について入出力値の対応関係が求められるとステップ１１０に進んで印字データの濃度補正に用いられる補正テーブルを作成する処理が行われる。

図１７は、図２・図４に示した画像濃度制御部の動作要領を示すフロー図である。画像濃度制御部は、電源が投入されたとき、並びに所定の観測値が所定の閾値を越えたときに、補正情報取得処理が実行される。特にここでは、温度センサ及び湿度センサにより検出される温度及び湿度の変動量、コピー動作からの経過時間、並びに印字回数が、補正情報取得処理の実行条件となる観測値である。なお、電源投入時には直ちに補正情報取得処理を実行せずにコピー指示を受け付け可能とし、電源投入からの経過時間が所定の閾値（例えば１分間）を越えたところで補正情報取得処理が実行される。また、コピー動作からの経過時間の判定では、トナー帯電量などに大きな変化が現れる時間（例えば８時間）の経過をもって補正情報の更新が必要と判断して補正情報取得処理が実行される。

ここでは電源が投入されると、まずステップ２０１・２０２・２０３にてそれぞれ電源投入からの経過時間の計測、温度及び湿度の変動量の検出、コピー動作からの経過時間の計測の各処理が行われ、つづくステップ２０４・２０５・２０６にてそれぞれ電源投入からの経過時間、温度及び湿度の変動量、並びにコピー動作からの経過時間が所定の閾値と比較され、これらのいずれかで所定の閾値を越えて補正情報の更新が必要と判定されると、ステップ２０７に進んで図１６に示した補正情報取得処理が行われる。

ついでステップ２０８にてコピー開始の指示があるか否かの判定が行われ、コピー開始の指示がある場合にはステップ２０９に進んでコピー処理が行われる。そしてステップ２１０にてコピー枚数が所定の閾値を越えたか否かの判定が行われ、コピー枚数が所定の閾値を越えて補正情報の更新が必要と判定されると、ステップ２１１に進んで補正情報取得処理が行われる。

本発明にかかる画像濃度制御装置、画像形成装置並びに画像濃度制御方法は、パッチ画像により得られる離散的なデータを近似式により補間するにあたり、部分的に直線近似となることから計算の負荷が軽減され、しかも直線近似で十分な精度を確保することが難しい領域を曲線近似とすることにより、高精度な近似を実現することができるため、補正情報の更新処理を高速に行うと共に高品質な画像出力を達成する効果を有し、電子写真方式により画像形成を行う種々の用途に適用することができる。

本発明による画像形成装置の一例を示す模式的な断面図 図１に示した画像形成装置における画像濃度制御部の概略構成を示すブロック図 本発明による画像形成装置の一例を示す模式的な断面図 図３に示した画像形成装置における画像濃度制御部の概略構成を示すブロック図 図３に示した画像形成装置におけるパッチ画像の濃度検出状況を示す図 図３に示した画像形成装置におけるパッチ画像の作像状況を示す図 図２・図４に示した画像濃度制御部での近似式決定の状況を示す図 図２・図４に示した画像濃度制御部での近似式決定の要領を示す図 図２・図４に示した画像濃度制御部での曲線近似式決定の要領を示す図 図２・図４に示した画像濃度制御部での直線近似式決定の要領を示す図 図９に示した曲線近似領域の領域幅を決定する際に用いられる領域幅決定テーブルを示す図 図２・図４に示した画像濃度制御部で用いられるパッチ画像の濃度を決定する要領を示す図 図２・図４に示した画像濃度制御部で用いられるパッチ画像の濃度の一例を示す図 図２・図４に示した画像濃度制御部において行われる領域分割の一例を示す図 図２・図４に示した画像濃度制御部において曲線近似式により求められる入出力値の対応関係を示す図 図２・図４に示した画像濃度制御部での処理の手順を示すフロー図 図２・図４に示した画像濃度制御部の動作要領を示すフロー図

符号の説明

１、２１ａ〜２１ｄ 感光体ドラム
２、２６ ＬＳＵ（露光手段）
３、２２ａ〜２２ｄ 現像ローラ（現像手段）
１１、３１ フォトセンサ（濃度検出手段）
１２ ＣＰＵ（制御手段）
５１〜５６ パッチ画像のトナー像

Claims (20)

1. 感光体上に作像された複数のパッチ画像ごとのトナー像の濃度を検出する濃度検出手段と、その出力値に基づいて任意の濃度での出力値を求める近似式を決定し、これにより取得した近似式に基づいて濃度補正に要する補正情報を取得する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、段階的に異なる濃度に設定された複数の前記パッチ画像ごとの出力値に基づいて濃度変化率の変動量を求め、この濃度変化率の変動量に応じて全濃度範囲を曲線近似領域と直線近似領域とに領域分割して近似式を決定することを特徴とする画像濃度制御装置。
2. 前記制御手段は、前記パッチ画像の濃度である基準点を中心として、この基準点を挟んだ両側での濃度変化率の変動量に応じた領域幅をもって前記曲線近似領域を設定すると共に、隣り合う前記曲線近似領域の間を補うように前記直線近似領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
3. 前記制御手段は、前記基準点を境界にして全濃度範囲を複数の区間に分割してその区間ごとの濃度変化率を求め、前記基準点を挟んだ両側の区間での濃度変化率の変動量が大きくなるのに応じて当該基準点に対応する前記曲線近似領域の領域幅を大きく設定することを特徴とする請求項２に記載の画像濃度制御装置。
4. 前記制御手段は、記憶手段に記憶された領域幅決定テーブルを参照して濃度変化率の変動量から領域幅を決定し、前記領域幅決定テーブルには、濃度変化率の変動量を複数段階にレベル分けして対応する領域幅の数値が格納されていることを特徴とする請求項２に記載の画像濃度制御装置。
5. 前記パッチ画像の濃度は、実験により予め取得した出力特性曲線に基づいて濃度変化率の変動量が最も大きくなる最大変動点に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
6. 前記パッチ画像の濃度は、実験により予め取得した出力特性曲線に基づいて濃度変化率が小さくなるのに応じて大きな間隔をおいて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
7. 前記曲線近似領域で用いられる近似式は、２次ベジェ曲線であることを特徴とする請求項１に記載の画像濃度制御装置。
8. 感光体と、この感光体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記感光体上の静電潜像をトナーにより現像する現像手段と、前記感光体上に形成されるトナー像の濃度を制御する画像濃度制御手段とを有する画像形成装置であって、
   前記画像濃度制御手段は、感光体上に作像された複数のパッチ画像ごとのトナー像の濃度を検出する濃度検出手段と、その出力値に基づいて任意の濃度での出力値を求める近似式を決定し、これにより取得した近似式に基づいて濃度補正に要する補正情報を取得する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、段階的に異なる濃度に設定された複数の前記パッチ画像ごとの出力値に基づいて濃度変化率の変動量を求め、この濃度変化率の変動量に応じて全濃度範囲を曲線近似領域と直線近似領域とに領域分割して近似式を決定することを特徴とする画像形成装置。
9. 前記感光体、露光手段、並びに現像手段は、白黒画像を形成するものであり、前記画像濃度制御手段は、複数の前記パッチ画像を黒色のトナーで作像して、黒色の濃度に関する補正情報を取得することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記感光体、露光手段、並びに現像手段は、カラー画像を形成するべく各原色ごとに設けられ、前記画像濃度制御手段は、複数の前記パッチ画像を各原色ごとのトナーでそれぞれ作像して、各原色ごとの濃度に関する補正情報を取得することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
11. 前記制御手段は、前記パッチ画像の濃度である基準点を中心として、この基準点を挟んだ両側での濃度変化率の変動量に応じた領域幅をもって前記曲線近似領域を設定すると共に、隣り合う前記曲線近似領域の間を補うように前記直線近似領域を設定することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
12. 前記制御手段は、前記基準点を境界にして全濃度範囲を複数の区間に分割してその区間ごとの濃度変化率を求め、前記基準点を挟んだ両側の区間での濃度変化率の変動量が大きくなるのに応じて当該基準点に対応する前記曲線近似領域の領域幅を大きく設定することを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
13. 前記制御手段は、記憶手段に記憶された領域幅決定テーブルを参照して濃度変化率の変動量から領域幅を決定し、前記領域幅決定テーブルには、濃度変化率の変動量を複数段階にレベル分けして対応する領域幅の数値が格納されていることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
14. 前記パッチ画像の濃度は、実験により予め取得した出力特性曲線に基づいて濃度変化率の変動量が最も大きくなる最大変動点に設定されていることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
15. 前記パッチ画像の濃度は、実験により予め取得した出力特性曲線に基づいて濃度変化率が小さくなるのに応じて大きな間隔をおいて設定されていることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
16. 前記曲線近似領域で用いられる近似式は、２次ベジェ曲線であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
17. 前記画像濃度制御手段は、電源が投入されたとき、並びに所定の観測値が所定の閾値を越えたときに、前記パッチ画像の作像及びその濃度の検出、並びに出力値に基づく近似式の決定及び補正情報の取得の各処理を実行することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
18. 感光体上に作像された複数のパッチ画像ごとのトナー像の濃度を検出するステップと、その出力値に基づいて任意の濃度での出力値を求める近似式を決定するステップと、これにより取得した近似式に基づいて濃度補正に要する補正情報を取得するステップとからなる補正情報取得工程を有し、
    前記近似式を決定するステップでは、段階的に異なる濃度に設定された複数の前記パッチ画像ごとの出力値に基づいて濃度変化率の変動量を求め、この濃度変化率の変動量に応じて全濃度範囲を曲線近似領域と直線近似領域とに領域分割して近似式を決定することを特徴とする画像濃度制御方法。
19. 白黒画像を形成する画像形成装置に適用されるものであり、前記補正情報取得工程が、黒色について実施されることを特徴とする請求項１８に記載の画像濃度制御方法。
20. カラー画像を形成する画像形成装置に適用されるものであり、前記補正情報取得工程が、各原色ごとに実施されることを特徴とする請求項１８に記載の画像濃度制御方法。
    

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